マシンビジョンとインテリジェント検査の分野では、赤外線カメラは徐々に不可欠な視覚認識デバイスになりつつあります。可視光イメージングに依存する従来の産業用カメラとは異なり、赤外線カメラは、受信した放射線信号を電気信号に変換し、画像処理アルゴリズムを通じて視覚的な熱画像を生成するため、人間の目では直接認識できない温度分布や材料の違いを明らかにします。この技術により、赤外線カメラは複雑な産業環境で正確なイメージングを実現できます。機器の検出、セキュリティ監視、エネルギー検査、科学研究分析などの多くの分野で広く使用されており、視覚検査システムに幅広い認識機能と応用価値をもたらします。
赤外線カメラは、物体の熱放射信号を捕捉し、それを可視画像に変換するデバイスです。自然界では、絶対零度 (-273°C) より高い温度を持つすべての物体は、さまざまな程度で赤外線 (つまり、熱放射) を放射します。可視光とは異なり、赤外光は照明に外部光源に依存しないため、完全な暗闇でもイメージングを実行できます。
電磁スペクトルでは、大気は可視光線と近赤外線を強く吸収しますが、3 ～ 5 μm と 8 ～ 14 μm の 2 つの帯域では、大気は赤外線を非常に透過します。この 2 つの帯域は赤外線の「大気の窓」と呼ばれます。赤外線カメラは、この2つの窓を利用して、暗い環境や煙や塵が充満する過酷な環境でも、対象物の熱分布を鮮明に観察できます。
この独自の利点により、赤外線サーマルイメージング技術は夜間のセキュリティ監視、産業検査、機器の温度監視などの分野で広く使用されており、複雑な環境での視覚監視を確実にサポートします。
人間の目に見える可視光の波長範囲は約0.38～0.78ミクロンで、0.78ミクロンよりも長い波長の電磁波を赤外線と呼びます。赤外線熱画像技術はこの原理に基づいています。絶対零度 (-273°C) を超える温度を持つ自然界のすべての物体は、さまざまな強度の赤外線を放射します。
赤外線カメラは、対象物体と背景の赤外線放射の差を高感度検出器で受け取り、この目に見えない熱放射信号を可視画像に変換して熱画像を形成します。
この種の熱画像は物体表面の温度分布を直観的に反映するため、人間の目では見えない温度変化領域をはっきりと見ることができます。
この撮像メカニズムにより、赤外線カメラは夜間や光のない環境でも観察できるだけでなく、複雑な工業検査、機器のメンテナンス、科学研究の温度測定シナリオにおいて、非接触で高精度の温度監視と分析を実現できます。
赤外線カメラは、光電変換や信号処理などの技術手段を用いて、対象物表面の温度分布情報を可視化した熱画像や映像に変換することで、直感的な温度変化の監視・分析を実現します。
さまざまなイメージング原理と検出方法に応じて、赤外線熱イメージング カメラは、冷蔵式と非冷却式の 2 つのカテゴリに分類できます。
冷却型赤外線サーマルイメージャは低温冷却システムを使用しており、検出器のノイズを大幅に低減でき、熱感度と分解能が高く、軍事偵察や宇宙探査などの高精度分野に適しています。
非冷却赤外線熱画像カメラは冷却装置を必要とせず、構造がよりコンパクトで、消費電力が低く、応答速度が速い。冷凍タイプに比べて感度は若干劣りますが、その性能は産業用検知、セキュリティ監視、医療診断、科学研究実験など、ほとんどの民間用途のニーズを満たすことができます。
赤外線カメラは、安定した信頼性の高い撮像性能と周囲光への依存度が低いという利点により、インテリジェント セキュリティ、機器の予知保全、エネルギー検出、自動生産監視の重要な部分となりつつあり、多くの業界でインテリジェント アップグレードの技術サポートを提供しています。
マシン ビジョン、セキュリティ監視、産業検査などの分野では、赤外線カメラと赤外線カメラの 2 つのイメージング方法がよく取り上げられます。どちらも赤外線技術に基づいていますが、動作原理、画像表示、応用分野などに大きな違いがあります。これらの違いを理解することは、さまざまなシナリオで最適な機器を選択するのに役立ちます。
1. 異なる検出原理
赤外線カメラ: 主に、外部赤外線光源または環境赤外線信号に依存して、物体によって放出または反射された赤外線放射を捕捉します。特定の照明条件下では、物体表面の反射情報を取得して鮮明な画像を形成できます。
熱画像カメラ: 物体自体によって生成される熱放射のみに依存し、外部光源を必要としません。物体の表面の温度差を検出して画像を生成するため、真っ暗闇や過酷な環境でも対象物を正確に識別できます。
2. 画像情報の違い
赤外線カメラ：赤外線帯域の光の反射や放射を捉えることで、物体の形状や材質の特徴、輪郭の詳細を表現することができ、対象物の認識やシーンの監視に適しています。
熱画像カメラ: 温度情報の視覚化に焦点を当てており、出力される熱画像は対象物の温度分布を反映しています。異なる温度ゾーンは色の違いで表示され、過熱しているコンポーネント、エネルギー損失点、または隠れたターゲットを識別するのに役立ちます。
3. 適用シナリオの違い
赤外線カメラ: 暗視監視、交通管理、医療検査、科学研究実験などの分野でよく使用され、目標認識や環境監視に役立ちます。
熱画像カメラ: 建物のエネルギー消費量の検出、電気機器の検査、消防救助、工業用温度測定、野生動物の観察など、温度測定や熱分布分析が必要なシナリオに適しています。
4. コストとシステムの複雑さ
赤外線カメラ: 技術は成熟しており、コストは比較的低いです。市場には、消費者グレードから産業グレードまでのさまざまなモデルがあり、マルチレベルのアプリケーション要件に適しています。
熱画像カメラ：高感度の熱センサーと正確な温度校正システムが装備されているため、製造コストが高くなります。主に高い温度精度が要求される専門分野で使用されます。
一般に、赤外線カメラは画像認識とシーンのイメージングに重点を置いているのに対し、熱画像カメラは温度分析と隠蔽検出に重点を置いています。前者は「はっきりと見ること」に重点を置き、後者は「正確に見ること」に重点を置きます。インテリジェントな監視、産業検査、科学研究のアプリケーションでは、多くの場合、この 2 つは相互に補完し、より完全な視覚的検査および監視システムを共同で構築できます。
1. 異なる作業バンド
短波赤外線 (SWIR): 波長範囲は約 0.9 ～ 1.7μm (2.5μm まで伸びる場合もあります)。
長波赤外線 (LWIR): 波長範囲は約 8 ～ 14 μm です。
短波長は可視光に近いため、部分反射光を使用して画像化できます。一方、長波長は熱放射帯域に属し、物体自体の熱放射信号に依存します。
2. 異なるイメージング原理
SWIR (短波赤外線): 可視光カメラに似た反射イメージングの原理に依存していますが、波長帯域が異なるため、材料の透過性の違いや湿度の変化など、従来のカメラでは識別できない詳細を捉えることができます。
LWIR (長波赤外線): 熱放射イメージングの原理に依存しており、物体自体の赤外線熱放射エネルギーを検出します。これは温度分布を直接反映することができ、熱放射イメージングの検出によく使用されます。
3. さまざまな応用分野
短波赤外線カメラは、主に材料の識別、透視検出、湿度や汚染の分析に使用されます。可視光では表示できない表面の詳細や質感の違いを捉えることができます。したがって、半導体検査、ガラス瓶検査、水分モニタリング、レーザー位置合わせなどの産業シナリオで優れたパフォーマンスを発揮します。
長波赤外線カメラは、温度検出と熱エネルギー監視に優れており、物体表面の熱分布とエネルギー変化を直感的に反映できます。これらは、電気機器の検査、熱故障診断、建物のエネルギー消費分析、火災監視などの分野でよく使用されます。
一般的に、短波赤外線は「構造や材料をはっきりと見る」ことに重点を置き、長波赤外線は「温度やエネルギーを洞察する」ことに重点を置いています。どちらもマシンビジョンシステムにおいてかけがえのない役割を果たします。
